【正文】 是： 帶凸緣的封頭 這些封頭通常在較低壓力的壓力設(shè)備中，例如汽油罐和鍋爐。雖然在一些場(chǎng)合應(yīng)用載荷和外壓控制，要求的厚度通常由內(nèi)壓決定。內(nèi)部的壓力可能低到1英寸，水的表面壓力可能達(dá)到300000多磅。它們有各種尺寸。對(duì)于化學(xué)工程師化學(xué)動(dòng)力學(xué)是必須知道的如果他是滿意設(shè)計(jì)設(shè)備來(lái)影響在技術(shù)規(guī)模生的反應(yīng)。它研究反應(yīng)的模式和機(jī)制，物理和能量改變的關(guān)系以及生成產(chǎn)品的效率。與已知的平衡常數(shù)，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品的最高產(chǎn)量是可以估計(jì)出來(lái)的?；瘜W(xué)反應(yīng)總是伴隨著釋放或吸收能量，我們必須直到適當(dāng)設(shè)計(jì)的重要性。并且可能正是因?yàn)檫@種功能才奠定了化學(xué)工程作為工程領(lǐng)域的一個(gè)特殊分支而存在的合理性。也許一種設(shè)計(jì)方案中的反應(yīng)器費(fèi)用并不算高，但從反應(yīng)器出來(lái)的物料后處理費(fèi)用可能遠(yuǎn)高于另一些反應(yīng)器設(shè)計(jì)方案中的處理費(fèi)用。在這里我們感到關(guān)切的是化學(xué)處理的一個(gè)過(guò)程。它們穿過(guò)反應(yīng)器。例如，擴(kuò)散發(fā)生在干燥，吸收，蒸餾，結(jié)晶。液—固浸取 這涉及到處理微細(xì)固體，同一種液體溶解并消除了溶質(zhì)中所載的固體。蒸餾 這是一個(gè)過(guò)程即液態(tài)混合物的分離通過(guò)沸騰，因?yàn)樗鼈兊恼羝麎翰煌?。這是根據(jù)一個(gè)術(shù)語(yǔ)”單元操作”，現(xiàn)在為我們提供了、一系列的技術(shù)合作。單元操作的開(kāi)始清單列舉了十二個(gè)功能，不是所有的都包含單元操作。任何一個(gè)化學(xué)過(guò)程，無(wú)論所操作規(guī)模大小，可以被分解成單元作用的同等的一些系列，像粉碎，混合，加熱，烘干，吸取，濃縮，析出，沉淀，結(jié)晶，過(guò)濾，溶解，電解等等。這個(gè)溫度所以明確的叫做平均或流體混合溫度。如果流體被加熱，流體靠近加熱表面的溫度最高，中心外溫度逐漸降低，如果流體被冷卻，流體靠近冷卻表面的溫度最低，從中心到表面溫度組件升高。許多類型的傳熱裝備都是用管子構(gòu)成的。在一般的條件下，射線變得重要并與液體流動(dòng)的情況無(wú)關(guān)。例子是；從散熱器或未保溫的蒸汽管道向周圍環(huán)境氣體損失熱量在熔爐傳熱以及其它高溫氣體加熱損失。然而。熱流動(dòng)由液體被泵入以個(gè)加熱的管子就是強(qiáng)制對(duì)流的例子。自然和強(qiáng)制對(duì)流 強(qiáng)制對(duì)流在液體中有兩種形式，如果這種趨勢(shì)的原因是密度不同和液體中溫度變化引起的密度不同所產(chǎn)生的浮力。對(duì)流 當(dāng)一個(gè)宏觀的液體微粒穿過(guò)一個(gè)特定的表面，例如一個(gè)固定容積的范圍內(nèi)，它帶有確定數(shù)目的焓。在金屬體中，熱傳遞的結(jié)果來(lái)自自由電子的運(yùn)動(dòng)，所以熱傳遞和電的傳導(dǎo)率很相似。1. 自然的熱流動(dòng)當(dāng)兩個(gè)不同溫度的物體進(jìn)行接觸時(shí)，熱量會(huì)有溫度高的物體流到溫度地的物體。如果工程學(xué)的學(xué)生接受教育沒(méi)有變得過(guò)時(shí)，那他們必須做好思想準(zhǔn)備，同伙理解傳遞現(xiàn)象的一種方法，應(yīng)用計(jì)算機(jī)將會(huì)創(chuàng)造未來(lái)。　　事實(shí)上，有一些設(shè)計(jì)的工程師可以用這個(gè)方法和傳遞想象的方程式直接用于設(shè)備的設(shè)計(jì)的例子。一個(gè)設(shè)計(jì)工程師將會(huì)用這些方程式是研究型的工程師獲得傳熱系數(shù)。這個(gè)比率通過(guò)管壁傳熱給流體的依靠的因素叫做熱傳遞系數(shù)這是在進(jìn)行昂貴的實(shí)驗(yàn)室或試驗(yàn)工廠測(cè)量后以及通過(guò)相關(guān)度量的以觀察或?qū)嶒?yàn)為依據(jù)的方程式所獲得的。如果工程師想要了解在工程裝備中所發(fā)生的情況，并就造作的經(jīng)濟(jì)性做出明智的決策，那么他們應(yīng)該對(duì)控制這些傳遞過(guò)程的物理定律有所理解，這一點(diǎn)很重要。這如這些原因一些參與經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)和設(shè)備操作以及技能方面的工程師，十分適當(dāng)?shù)靥岢鰝鬟f現(xiàn)象將會(huì)在實(shí)踐中體現(xiàn)價(jià)值。而且，如果微分方程和邊界條件都相同，則僅需對(duì)其中一個(gè)（傳遞）過(guò)程求解，因?yàn)橥ㄟ^(guò)改變名稱，該解可用作任何其他傳遞過(guò)程的解。Unit 12 工業(yè)制造的傳遞現(xiàn)象1. 引言傳遞現(xiàn)象是一個(gè)共有的名詞來(lái)源于有規(guī)則的集成研究的三個(gè)古典的工程領(lǐng)域的學(xué)科；（1）能量或熱傳動(dòng)，（2）質(zhì)量傳遞或擴(kuò)散（3）動(dòng)量傳遞或流體動(dòng)力學(xué)。另一些工作可能把一個(gè)復(fù)合的飛行器的宏觀尺度的性能和中間尺度的機(jī)翼的化學(xué)反應(yīng)器以及反應(yīng)器的布局將受復(fù)雜液體的微觀動(dòng)力學(xué)研究的影響。這種尺度包含反應(yīng)器和單一工序的裝備以及制造工廠里單位操作的組合體。許多他們自己的分支區(qū)別化學(xué)工程的主流。在科學(xué)和工業(yè)制造取得進(jìn)展并在增加化學(xué)制品的數(shù)量上給人印象深刻。主要的目的是使化學(xué)工程成為一門純粹的學(xué)科，是一種能夠找到一種操作和設(shè)計(jì)商業(yè)設(shè)備及配件最適合最經(jīng)濟(jì)的方案。因此，化學(xué)工程是注重設(shè)計(jì)，制造，機(jī)械設(shè)備操作，化學(xué)加工工業(yè)機(jī)械等要就工程領(lǐng)域的分支。然后，如果他們會(huì)得到進(jìn)步以及與另一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)員已經(jīng)重新開(kāi)始學(xué)習(xí)周期。據(jù)估計(jì)， 40 ％的鋼鐵生產(chǎn)用以取代鋼材腐蝕損失，許多金屬，特別是例如鉻和鎳等那些制造合金時(shí)所必需的金屬，都不能通過(guò)當(dāng)代技術(shù)進(jìn)行可回收利用。腐蝕防護(hù)的成本也包括例如陰極保護(hù)的投資成本、其電力消耗和維修成本、化學(xué)緩蝕劑的成本以及抗腐蝕材料的附加成本等。直接成本包括零件、勞動(dòng)力代替汽車的消聲器，金屬的頂板，冷凝管，和所有其他的可腐蝕的金屬。腐蝕的代價(jià)。金屬，他們是否在腐蝕中被侵襲的均勻或者有紋孔或者開(kāi)裂，被腐蝕都是通過(guò)相同的基本機(jī)理，它們不同與其他的材料。因此這些過(guò)程不認(rèn)為是腐蝕。抵抗腐蝕的材料和昂貴的化學(xué)抑制劑被認(rèn)為是必要的保障。它的重要性在生產(chǎn)的最終階段很明顯，它在加工工藝過(guò)程中也很重要，因?yàn)樗袝r(shí)影響表面膜的形成，從而影響潤(rùn)滑性，或是導(dǎo)熱和導(dǎo)電的能力。整個(gè)加工工藝包括工件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，特別是影響材料的最終強(qiáng)度。因此我們可以理解為什么傳統(tǒng)的學(xué)科中的材料強(qiáng)度如此重要，不僅是因?yàn)樗c任何工程工件和材料的最終條件有關(guān)，也和最終變形前的材料有關(guān)。很明顯我們必須要有比強(qiáng)度、韌性更精確的詞匯，在這章考慮了一些標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械測(cè)試是為了了解是否有必要定義一些更精確的概念。例如，一個(gè)很普通的常識(shí)大多數(shù)金屬當(dāng)受熱時(shí)將會(huì)變軟和更容易變形。金屬加工工藝只受到實(shí)際工作材料的韌性影響而受到限制，所以，強(qiáng)加到材料上的大量變形必須被限制為了防止材料斷裂。強(qiáng)度是一個(gè)不明確的詞匯，在這被理解為指示出材料接受或抵抗變形的能力。原始材料的最初強(qiáng)度很重要，因?yàn)閺?qiáng)度在一定程度上影響了材料最終被加工的形狀以及最后所能承受的截面能力。 最后，貴金屬，價(jià)值高是它們的共性。鋅的主要結(jié)構(gòu)用途是拉模鑄造，它的消耗量?jī)H次于鋁和銅，排名第三。 從消耗量方面來(lái)說(shuō)，銅合金是排在第二位的有色金屬。 就定義而言，那些鐵元素不是主要成分的金屬原料被稱為有色金屬。所有黑色金屬的基本成分都是鐵元素。 在大多數(shù)情況下，根據(jù)生產(chǎn)金屬的模板來(lái)辨認(rèn)金屬。一塊金屬則是成千上萬(wàn)相聯(lián)晶體的集合體，而這些晶粒都沉浸在從晶體原子中脫離出來(lái)的帶負(fù)電的價(jià)電子云中。盡管純金屬有很多特性，他們?cè)谏虡I(yè)中的應(yīng)用也很局限。一個(gè)由四個(gè)彈簧固定的單質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)，（c）所示，在豎直面內(nèi)被限制運(yùn)動(dòng)，有兩個(gè)自由度，這是因?yàn)樵谪Q直面內(nèi)要確定任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置需要兩個(gè)坐標(biāo)。當(dāng)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)或物體的運(yùn)動(dòng)被限制時(shí)，它的位置用一個(gè)坐標(biāo)就能完全表示，這時(shí)，我們就說(shuō)它有一個(gè)自由度。振動(dòng)也被分為阻尼振動(dòng)和無(wú)阻尼振動(dòng)。自由振動(dòng)通常稱為固有振動(dòng)，一旦開(kāi)始，就將以固有頻率持續(xù)振動(dòng)。振動(dòng)頻率f是在給定的單位時(shí)間內(nèi)完成循環(huán)的個(gè)數(shù)；常用的單位是次每秒，cps，或赫茲，Hz。（b）所示的是物體W偏離平衡位置的位移y與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)或物體是由彈簧系統(tǒng)支撐時(shí)，由于實(shí)際應(yīng)用和額外力的移走，軸、梁或其他彈性系偏離平衡位置，這時(shí)質(zhì)點(diǎn)或物體將開(kāi)始振動(dòng)。有時(shí)候振動(dòng)也能產(chǎn)生有益的效果。附加振動(dòng)可能損壞精密儀表、工具和機(jī)械的精度。Unit 5 機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)或物體以一個(gè)平衡位置為中心做往復(fù)周期的振蕩運(yùn)動(dòng)。壓力垂直分量：這是一種通過(guò)力的垂直分量建立的平衡，取決于作用在壓力容器外壁圓周上的經(jīng)向應(yīng)力：連接這些力得出： （）公式（）和（）完全適用于任何回轉(zhuǎn)殼體。讓P=壓力t = 殼體的厚度 = 經(jīng)向應(yīng)力（縱向應(yīng)力），應(yīng)力沿著經(jīng)線作用， = 周向或者切向應(yīng)力，應(yīng)力沿著平行的圓環(huán)作用（通常叫做環(huán)向應(yīng)力）， = 經(jīng)向曲率半徑， = 環(huán)向曲率半徑。薄的容器壁被稱為“薄膜”；承受載荷不引起嚴(yán)重的彎曲和過(guò)大的剪切應(yīng)力；就象氣球的外壁一樣。方向平行于表面，朝著切向方向，因此把它叫做剪應(yīng)力。由于它也是由載荷除以面積得到的，因此它的單位也是psi, ksi, Pa, MPa等等。 但是，這個(gè)方程與真實(shí)壓力有很大的不同。豎直分量產(chǎn)生正應(yīng)力。它是一個(gè)導(dǎo)出單位，稱為帕斯卡，簡(jiǎn)稱Pa。如果應(yīng)力是壓縮或擠壓物體，則把它叫做壓縮，取負(fù)的。它不能從矢量力的符號(hào)中測(cè)得。當(dāng)不畫草圖時(shí)，我們學(xué)生應(yīng)當(dāng)能想象出分布情況。它垂直于力作用的表面，因此叫做正應(yīng)力。在獲得方程的過(guò)程中，假定應(yīng)力是均勻分布的，也就是平等分布。有些教材中使用s，但是比較常用，因此我們使用?，F(xiàn)在假設(shè)載荷已經(jīng)作用于桿件上，問(wèn)題隨即出現(xiàn)了。該力是利用穿過(guò)桿件的橫截面求得的，因此叫做內(nèi)力或內(nèi)載荷。如果桿被拉伸，此時(shí)的應(yīng)變稱為拉應(yīng)變，即材料伸長(zhǎng)或被拉伸；如果桿是被壓縮，即為壓應(yīng)變，這就意味著桿的相鄰的截面離得更近了。3. Strain 應(yīng)變受軸向力時(shí)，桿的總的伸長(zhǎng)量用希臘字母表示，（a）所示。如果軸向力通過(guò)截面的質(zhì)心時(shí)，這個(gè)條件將會(huì)被認(rèn)識(shí)，同時(shí)可以通過(guò)靜力學(xué)驗(yàn)證。因此，我們得到 ()作為在等截面桿中求解均勻應(yīng)力的方程。 這些力連續(xù)的分布在橫截面上，類似于作用在被淹沒(méi)物體表面的連續(xù)的靜水壓力。 等截面桿是一個(gè)具有恒定截面的直線軸。隨著研究的不斷深入，把理論推導(dǎo)和在實(shí)驗(yàn)上已確定的材料性質(zhì)結(jié)合起來(lái)研究的重要性將是顯然的。材料力學(xué)的發(fā)展歷史是一個(gè)理論與實(shí)驗(yàn)極有趣的結(jié)合，在一些情況下，是實(shí)驗(yàn)指出了得出正確結(jié)果的方式，在另一些情況下確是理論來(lái)做這些事。在材料力學(xué)的研究中，理論分析和實(shí)驗(yàn)研究同等重要。Unit2應(yīng)力和應(yīng)變材料力學(xué)的介紹 材料力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)的一個(gè)分支，涉及受不同類型載荷的固體的性能。如果通過(guò)平衡方程可以解出關(guān)于外力和力偶的所有未知數(shù)，我們就說(shuō)系統(tǒng)是靜定的。典型的例子有做水平勻速直線飛行的飛機(jī)和勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)皮帶輪。重要的是要注意到，方程（）適用于任何平衡系統(tǒng)，而不管組成該系統(tǒng)的物質(zhì)是什么。一般來(lái)說(shuō)它們不是平衡的充分條件。我們有：由于力 和有相同的作用線，力矩的條件可以改寫為但；所以力和力矩的條件簡(jiǎn)化為和換句話說(shuō)，如果系統(tǒng)處于平衡，那么作用在其上的合外力一定為零，而且這些力對(duì)于任一點(diǎn)的合力矩也為零。顯然，作用在一個(gè)特定粒子上的力一定有相同的應(yīng)用，因?yàn)榱Ｗ拥某叽缈梢院雎浴? 考慮一個(gè)由兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成的系統(tǒng)，假設(shè) 和為它們之間的相互作用力()。然而，請(qǐng)注意這個(gè)定律對(duì)力矩或力系的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)只字未提。 根據(jù)牛頓第一定律，施加在一個(gè)靜止物體上的力系的合力一定為零。然而，它可以擴(kuò)展到如下所述的有限尺寸的物體。假如還有質(zhì)點(diǎn)與系統(tǒng)外物體之間的相互作用力施加在質(zhì)點(diǎn)上，如 和,這些力稱為外力。對(duì)質(zhì)點(diǎn)A我們有：而對(duì)質(zhì)點(diǎn)B有：作用在系統(tǒng)上的力的總和為：現(xiàn)在我們來(lái)研究這些力對(duì)于同一點(diǎn)P的合力矩。 方程（）是平衡的必要條件；也就是說(shuō)，如果系統(tǒng)處于平衡，必須滿足這些方程。檢驗(yàn)其充分性需要應(yīng)用牛頓第二定律和其它超出本課文的知識(shí)。例如，方程（）適用于做無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體和以通過(guò)質(zhì)心的固定軸為軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體。由于有6個(gè)方程，所以我們一般可以解決含六個(gè)未知數(shù)的問(wèn)題。遺憾的是，這個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。一般情況下，我們研究的目的是測(cè)定因受載而引起的應(yīng)力，應(yīng)變和變形；如果當(dāng)所有負(fù)荷量達(dá)到破壞載荷時(shí)，能夠測(cè)得這些物理量，我們就可能得到一份完整的固體力學(xué)性能圖。并且，當(dāng)工程中的重要的問(wèn)題用邏輯推導(dǎo)方式不能有效的解決時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量就成為一種實(shí)際需要。 因此，歐拉的理論結(jié)果在很多年里仍然未被采用，但今天，它們奠定了圓柱理論的基礎(chǔ)。1. Stress應(yīng)力 通過(guò)對(duì)等截面桿拉伸的研究初步解釋應(yīng)力和應(yīng)變的概念[（a）]。 張力P作用于桿的右端，在另一端就會(huì)出現(xiàn)一些力來(lái)代表?xiàng)U被切除的那一部分。而且，（b）中所示物體的平衡，我們也能得到它與力P等大反向。方程（）的必要條件是應(yīng)力必須均勻分布在桿的橫截面上。而且，除非另有說(shuō)明，物體本身的質(zhì)量一般忽略不計(jì)。注意應(yīng)變是無(wú)量綱量，只要應(yīng)變?cè)跅U上是均勻的，就可以通過(guò)方程（）得到精確的結(jié)果。而這個(gè)力是保持系統(tǒng)平衡的必要載荷。（a）所示的橫截面積為2平方英寸的桿件，假設(shè)它受到1170磅的拉伸載荷。它是希臘語(yǔ)中的小寫字母，類似于英語(yǔ)中的s。第二點(diǎn)是以下的方程： ()這個(gè)方程對(duì)于我們即將研究的問(wèn)題來(lái)說(shuō)非常重要，應(yīng)該掌握，它將被重復(fù)使用。應(yīng)力的方向也應(yīng)當(dāng)注意。這樣，畫出應(yīng)力分布草圖就很容易了。應(yīng)力產(chǎn)生的效果也是重要的。通常，把拉伸張力規(guī)定為正的。因此，應(yīng)力的單位是牛每平方米。（b），矢量力P分解成豎直分量和切向分量。平均剪應(yīng)力有以下公式計(jì)算得到：。最常用的表示剪應(yīng)力的符號(hào)是是希臘字母tau ()，而不常用。當(dāng)然，力的大小可由公式（）得到。大多數(shù)過(guò)程容器是由回轉(zhuǎn)殼體組成的：圓柱形和圓錐形部件；半球形，橢圓形和準(zhǔn)球形的封頭；。；在殼體單位面積上所受的載荷（壓力）在周向方向是一致的，但是從頂部到底部并不是一模一樣的。那么在單元上的應(yīng)力的法向分量（分力作用在和表面有特定角度的方向）： 這個(gè)力被其它力的法向分量抵消與容器壁上的薄膜應(yīng)力相關(guān)聯(lián)（給出，力=應(yīng)力面積）：將上面等式左右連接并且簡(jiǎn)化，取極限方法令d/2dS/2r，sindd，給出：經(jīng)向應(yīng)力可通過(guò)作用在周向沿線的力的平衡獲得：。帶入公式（）和（）得：最大值將會(huì)發(fā)生在 r = /2 。1940年的Taa Narrows Bridge倒塌就是一個(gè)由振動(dòng)引起附加應(yīng)力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的例子。汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)或在崎嶇不平的路上行駛時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)在一定的部位產(chǎn)生交變應(yīng)力，最終導(dǎo)致桿件疲勞失效。在這種情況下，就需在儀器的儀表板上安裝振動(dòng)器。如果將物體在力F的作用下偏離平衡位置然后釋放，在不考慮任何摩擦力的情況下，物體將關(guān)于平衡位置做無(wú)休止的振蕩運(yùn)動(dòng)。完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)循環(huán)。機(jī)械振動(dòng)是通過(guò)彈力保持的，有時(shí)是重力，這些力被稱為自由振動(dòng)。因此，盡管強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與彈性系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)，但是，所產(chǎn)生的振幅會(huì)受到兩個(gè)頻率的影響。在實(shí)際應(yīng)用中